إثبات ميركل

ما إثبات ميركل؟

إثبات ميركل هو إثبات تشفيري يبيّن أن عنصرًا واحدًا من البيانات ينتمي إلى مجموعة بيانات أكبر يمثلها جذر ميركل.

في مجال العملات المشفرة، تُستخدم إثباتات ميركل للتحقق من المعاملات وعناوين المحافظ وأرصدة التوكنات وحالات الحسابات وقيم التخزين وأهلية Airdrop وقوائم السماح الخاصة بـ NFT وبيانات البلوكشين الأخرى.

يُسمى إثبات ميركل أيضًا إثبات شجرة ميركل، لأنه يثبت العضوية في شجرة ميركل.

الغرض الأساسي من إثبات ميركل هو التحقق بكفاءة.

بدلًا من تنزيل مجموعة البيانات كاملة أو تخزينها، لا يحتاج المدقق إلا إلى البيانات المستهدفة وقائمة صغيرة من التجزئات ذات الصلة وجذر ميركل الموثوق.

توضح وثائق مطوري Bitcoin أن تجزئات المعاملات تُقرن وتُجزّأ مرارًا حتى يبقى جذر ميركل واحد في ترويسة الكتلة.

يتيح هذا التصميم لأنظمة البلوكشين إثبات إدراج البيانات بطريقة موجزة وآمنة.

كيفية عمل إثبات ميركل

يعمل إثبات ميركل بإعادة بناء المسار من عنصر بيانات واحد إلى جذر ميركل.

يُحوَّل عنصر البيانات أولًا إلى تجزئة تمثل ورقة.

ثم يوفر الإثبات التجزئات المجاورة اللازمة للانتقال صعودًا عبر الشجرة.

يجمع المدقق تجزئة الورقة مع أول تجزئة مجاورة، ثم يُجزّئ الناتج.

بعد ذلك يجمع المدقق الناتج مع التجزئة المجاورة التالية ويُجزّئه من جديد.

تستمر هذه العملية حتى يُحسب جذر نهائي.

إذا تطابق الجذر المحسوب مع جذر ميركل الموثوق، يكون الإثبات صالحًا.

وإذا لم يتطابق الجذر المحسوب، يكون الإثبات غير صالح.

وهذا يعني أن إثبات ميركل يستطيع التحقق من عنصر واحد من دون عرض جميع العناصر الأخرى في مجموعة البيانات.

أهمية إثباتات ميركل في العملات المشفرة

تكتسب إثباتات ميركل أهميتها لأن البلوكشينات تحتاج إلى التحقق من مجموعات بيانات كبيرة من دون مطالبة كل مستخدم بمعالجة كل البيانات مباشرةً.

قد تضم كتلة البلوكشين معاملات كثيرة.

وقد يتضمن إيردروب في عقد ذكي آلاف المحافظ المؤهلة أو ملايينها.

وقد تضم قاعدة بيانات حالة البلوكشين حسابات وأرصدة وشيفرات عقود وقيم تخزين.

تزيد إثباتات ميركل كفاءة هذه الأنظمة، إذ تتيح لإثبات صغير واحد التحقق من سجل محدد.

وقد يؤدي ذلك إلى تقليل النطاق الترددي والتخزين ورسوم الغاز على السلسلة.

كما يساعد العملاء الخفيفين والعقود الذكية والجسور وRollup وتطبيقات المحافظ على التحقق من البيانات مع تقليل الاعتماد على خادم مركزي.

جذر ميركل

جذر ميركل هو التجزئة النهائية في أعلى شجرة ميركل.

وهو بمثابة بصمة موجزة لجميع البيانات داخل الشجرة.

إذا تغيرت أي ورقة، تتغير التجزئات التي تعلوها، ويتغير جذر ميركل أيضًا.

وهذا يجعل جذر ميركل مفيدًا بوصفه التزامًا بمجموعة بيانات كبيرة.

لا يكشف الجذر مجموعة البيانات كاملة بمفرده.

بل يمنح المدققين نقطة مرجعية للتحقق من إثباتات ميركل.

لا يكون إثبات ميركل ذا معنى إلا إذا كان المدقق يثق بالجذر أو يستطيع التحقق منه عبر إجماع البلوكشين.

مثال على إثبات ميركل

لنفترض وجود قائمة Airdrop تضم أربعة عناوين محافظ ومبالغ مطالبات.

يُحوَّل كل سجل يجمع عنوان المحفظة والمبلغ إلى تجزئة تمثل ورقة.

تُجزّأ الورقة الأولى مع الثانية لإنشاء تجزئة أصل.

وتُجزّأ الورقة الثالثة مع الرابعة لإنشاء تجزئة أصل أخرى.

ثم تُجزّأ تجزئتا الأصل معًا لإنشاء جذر ميركل.

إذا أرادت المحفظة الأولى تقديم مطالبة، ترسل عنوانها ومبلغ المطالبة والتجزئات المجاورة اللازمة لإعادة بناء الجذر.

يتحقق العقد الذكي من الإثبات بمقارنته بالجذر المخزن.

إذا تطابق الإثبات، يعلم العقد أن سجل المطالبة ينتمي إلى مجموعة البيانات الأصلية.

إثباتات ميركل في Bitcoin

تستخدم Bitcoin أشجار ميركل لتلخيص المعاملات داخل كل كتلة.

تُجزّأ كل معاملة، ثم تُقرن بتجزئة معاملة أخرى وتُجزّأ من جديد حتى يُنتج جذر ميركل واحد.

يُخزّن جذر ميركل في ترويسة الكتلة.

يمكن لمحفظة خفيفة استخدام إثبات ميركل للتحقق من إدراج معاملة في كتلة من دون تنزيل كل المعاملات الموجودة فيها.

وهذا يدعم التحقق المبسط من المدفوعات، المعروف غالبًا باسم SPV.

لا يوفر SPV مستوى الأمان نفسه الذي يوفره تشغيل عقدة كاملة.

لكنه يمنح العملاء الخفيفين طريقة أكثر كفاءة للتحقق من إدراج المعاملات.

إثباتات ميركل في Ethereum

تستخدم Ethereum هياكل بيانات موثقة قائمة على ميركل للتحقق من بيانات الحسابات والتخزين.

توضح وثائق Ethereum حول أشجار Merkle Patricia أن Ethereum تستخدم هياكل Trie مترابطة بالتجزئة لجعل بيانات الحالة قابلة للتحقق تشفيريًا.

يمكن لإثباتات Ethereum أن تُظهر أن حسابًا أو رصيدًا أو قيمة nonce أو تجزئة شيفرة أو قيمة تخزين تنتمي إلى جذر حالة محدد.

ويحدد معيار EIP-1186 eth_getProof طريقة RPC لإنشاء إثباتات ميركل لحسابات Ethereum وقيم التخزين.

يفيد ذلك عندما يريد تطبيق التحقق من حالة البلوكشين من دون الوثوق بمزود بيانات واحد بصورة عمياء.

بنية Ethereum أكثر تعقيدًا من شجرة ميركل ثنائية بسيطة، لكن فكرتها الأساسية تظل إثبات البيانات مقابل جذر موثوق.

إثباتات ميركل في إيردروبات التوكنات

تُستخدم إثباتات ميركل على نطاق واسع في إيردروبات العملات المشفرة.

يمكن للمشروع إنشاء قائمة بعناوين المحافظ المؤهلة ومبالغ التوكنات.

ويصبح كل سجل ورقة في شجرة ميركل.

يخزن المشروع جذر ميركل واحدًا في العقد الذكي.

عندما يطالب المستخدم بالتوكنات، يرسل بيانات المطالبة وإثبات ميركل.

يتحقق العقد مما إذا كان الإثبات يتطابق مع الجذر المخزن.

يؤدي ذلك إلى الاستغناء عن تخزين كل عنوان مؤهل مباشرةً على السلسلة.

كما يجعل إيردروبات التوكنات الكبيرة أقل تكلفة وأكثر قابلية للتوسع.

مع ذلك، يجب على العقد تتبع ما إذا كان المستخدم قد قدم مطالبة من قبل، إذا كان مسموحًا بالمطالبة مرة واحدة فقط.

إثباتات ميركل في قوائم السماح الخاصة بـ NFT

تستخدم مشاريع NFT إثباتات ميركل غالبًا لقوائم السماح والبيع المسبق وإتاحة السك المبكر.

بدلًا من تخزين كل محفظة معتمدة داخل العقد، يخزن المشروع جذر ميركل.

تحصل كل محفظة معتمدة على إثبات يبيّن أنها تنتمي إلى مجموعة بيانات قائمة السماح.

أثناء السك، يتحقق العقد الذكي من الإثبات قبل السماح للمحفظة بالسك.

يمكن أن يقلل ذلك تكاليف الغاز ويبقي قائمة السماح كاملة خارج السلسلة.

ومع ذلك، ينبغي للمستخدمين التحقق من صفحة السك الرسمية وعنوان العقد وتعليمات المطالبة قبل توقيع أي شيء.

إثباتات ميركل في العقود الذكية

يمكن للعقود الذكية التحقق من إثباتات ميركل مباشرةً على السلسلة.

وهذا شائع في إيردروبات التوكنات وقوائم السماح الخاصة بـ NFT ومطالبات المكافآت والوصول المشروط بحيازة توكن وأنظمة القوائم البيضاء.

توفر وثائق OpenZeppelin MerkleProof أدوات Solidity للتحقق مما إذا كانت ورقة تنتمي إلى شجرة ميركل يحددها جذر.

عادةً ما يخزن العقد الجذر ويتحقق من الإثباتات التي يقدمها المستخدمون عند المطالبة أو طلب الوصول.

وهذا أقل تكلفة من تخزين قائمة كبيرة من العناوين أو السجلات على السلسلة.

يجب تصميم نظام الإثبات بعناية، لأن ترميز الأوراق وقواعد الترتيب ودوال التجزئة يجب أن تتطابق تمامًا.

إثباتات ميركل والعملاء الخفيفون

يستخدم العملاء الخفيفون طرق تحقق موجزة بدلًا من تنزيل بيانات البلوكشين كاملة والتحقق منها.

تساعد إثباتات ميركل العملاء الخفيفين على التحقق من معاملات محددة أو قيم حالة مقابل ترويسات كتل أو جذور موثوقة.

وقد يجعل ذلك محافظ العملات المشفرة أكثر ملاءمة للأجهزة المحمولة والمتصفحات والأنظمة ذات سعة التخزين المحدودة.

العميل الخفيف ليس مثل العقدة الكاملة.

تتحقق العقدة الكاملة من قواعد أكثر وتعالج بيانات أكثر.

أما العميل الخفيف فيستخدم الإثباتات لتقليل متطلبات الموارد والحاجة إلى الثقة، مع اعتماد نموذج أمان مختلف.

إثباتات ميركل والجسور

قد تستخدم جسور Cross-chain وأنظمة المراسلة إثباتات ميركل للتحقق من وقوع حدث أو معاملة أو تغير في الحالة على سلسلة أخرى.

فعلى سبيل المثال، قد يحتاج الجسر إلى إثبات قفل التوكنات على شبكة ما قبل إصدار أصول مغلفة على شبكة أخرى.

يمكن أن يساعد إثبات ميركل في التحقق من أن حدثًا محددًا ينتمي إلى كتلة أو جذر حالة.

لكن ذلك لا يجعل كل جسر آمنًا بحد ذاته.

يعتمد أمان الجسر أيضًا على تصميم المدققين وشيفرة العقد وافتراضات Oracle وقواعد النهائية وكيفية الوثوق بالجذور.

ينبغي للمستخدمين عدم افتراض أن استخدام إثباتات ميركل يزيل كل مخاطر الجسور.

إثباتات ميركل وRollup

غالبًا ما تستخدم Rollup وأنظمة التوسع التزامات تشفيرية لتلخيص كميات كبيرة من بيانات المعاملات أو الحالة.

يمكن أن تساعد الإثباتات القائمة على ميركل في التحقق من الإدراج أو الخروج أو السحب أو انتقالات الحالة، بحسب تصميم Rollup.

قد يلتزم Rollup بدفعات من المعاملات أو تحديثات الحالة عبر جذور يمكن التحقق منها لاحقًا.

وقد تكون إثباتات ميركل جزءًا من عملية التحقق هذه.

غالبًا ما تُستخدم هذه الإثباتات مع إثباتات الاحتيال أو إثباتات الصلاحية أو أنظمة إتاحة البيانات أو أدوات تشفيرية أخرى.

ويتوقف الدور الدقيق لإثباتات ميركل على تصميم نظام التوسع.

إثبات ميركل مقابل شجرة ميركل

شجرة ميركل هي بنية البيانات الكاملة القائمة على التجزئة.

أما إثبات ميركل فهو مجموعة صغيرة من المعلومات المستخدمة لإثبات أن ورقة واحدة تنتمي إلى تلك الشجرة.

تحتوي الشجرة على جميع الأوراق والفروع.

ولا يتضمن الإثبات سوى التجزئات المجاورة اللازمة لمسار تحقق واحد.

يمثل جذر ميركل الشجرة بأكملها.

ويربط إثبات ميركل عنصرًا واحدًا بذلك الجذر.

إثبات ميركل مقابل جذر ميركل

جذر ميركل هو تجزئة واحدة.

أما إثبات ميركل فهو قائمة من التجزئات وبيانات التحقق ذات الصلة.

الجذر هو الالتزام.

والإثبات هو الدليل.

لا يثبت الجذر وحده إدراج عنصر محدد.

ولا يمكن الوثوق بالإثبات وحده من دون جذر صالح.

يلزم كلاهما للتحقق من العضوية.

إثبات ميركل مقابل إثبات المعرفة الصفرية

يثبت إثبات ميركل أن عنصرًا محددًا مدرج في مجموعة بيانات ملتزم بها.

أما إثبات المعرفة الصفرية فيمكنه إثبات عبارة أوسع من دون كشف المعلومات الخاصة التي تستند إليها.

عادةً ما تكون إثباتات ميركل أبسط وأقل تكلفة في التحقق.

ويمكن لإثباتات المعرفة الصفرية دعم حالات استخدام أكثر تقدمًا في الخصوصية والحوسبة.

كما يمكن للأداتين العمل معًا.

فعلى سبيل المثال، قد تثبت دائرة معرفة صفرية بصورة خاصة أن مستخدمًا مدرج في شجرة ميركل من دون كشف الورقة التي تخصه.

فوائد إثباتات ميركل

الفائدة الأولى هي الكفاءة.

يمكن للمدقق فحص عنصر واحد من دون تنزيل مجموعة البيانات كاملة.

الفائدة الثانية هي خفض تكلفة التخزين.

يمكن للعقد الذكي تخزين جذر واحد بدلًا من آلاف السجلات.

الفائدة الثالثة هي قابلية التوسع.

يمكن الالتزام بمجموعات بيانات كبيرة عبر جذر موجز والتحقق منها بإثباتات صغيرة.

الفائدة الرابعة هي سلامة البيانات.

إذا تغيرت البيانات أو الإثبات، فلن يتطابق الجذر المحسوب.

الفائدة الخامسة هي الخصوصية الجزئية.

يمكن للمستخدم إثبات الإدراج من دون كشف مجموعة البيانات بأكملها.

مخاطر إثباتات ميركل وقيودها

الخطر الأول هو الوثوق بجذر خاطئ.

لا يثبت إثبات ميركل سوى الإدراج في مجموعة البيانات التي يمثلها جذر محدد.

إذا كان الجذر مزيفًا أو قديمًا أو خبيثًا، فقد يكون الإثبات مضللًا.

الخطر الثاني هو الترميز غير الصحيح للأوراق.

إذا رُمّزت عناوين المحافظ أو المبالغ أو معرّفات التوكنات أو بيانات المطالبات بطريقة خاطئة، فقد يفشل التحقق من الإثبات أو يعمل بصورة غير متوقعة.

الخطر الثالث هو أخطاء الترتيب.

ترتب بعض أشجار ميركل الأزواج قبل التجزئة، بينما تعتمد أشجار أخرى على الترتيب من اليسار إلى اليمين.

الخطر الرابع هو إعادة الاستخدام أو المطالبات المزدوجة.

يجب على أنظمة المطالبات تتبع الإثباتات المستخدمة أو العناوين التي قدمت مطالبات، عندما ينبغي لكل مستخدم المطالبة مرة واحدة فقط.

الخطر الخامس هو التصيد الاحتيالي.

قد ينشئ المحتالون صفحات مطالبة مزيفة تحاكي أنظمة إثبات ميركل، لكنها تطلب من المستخدمين توقيع معاملات ضارة.

كيفية التحقق من إثبات ميركل

ابدأ بالتأكد من جذر ميركل الموثوق.

ثم تحقق من بيانات الورقة، مثل عنوان المحفظة أو المبلغ أو معرّف التوكن أو تجزئة المعاملة.

جزّئ الورقة بالطريقة نفسها المستخدمة في بناء الشجرة الأصلية.

اجمع تجزئة الورقة مع كل تجزئة مجاورة في الإثبات.

جزّئ كل زوج بالترتيب الصحيح.

كرر العملية حتى يُحسب جذر نهائي واحد.

قارن الجذر المحسوب بالجذر الموثوق.

إذا تطابق الجذران، يكون الإثبات صالحًا.

وإذا لم يتطابقا، يكون الإثبات غير صالح.

مفاهيم خاطئة شائعة حول إثباتات ميركل

من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن إثبات ميركل يثبت شرعية المشروع.

إنما يثبت فقط أن البيانات تنتمي إلى مجموعة البيانات التي يمثلها جذر معين.

ومن المفاهيم الخاطئة الأخرى أن إثبات ميركل يكشف مجموعة البيانات كاملة.

فهو يكشف عادةً الورقة المستهدفة والتجزئات المجاورة اللازمة للتحقق فقط.

والفكرة الخاطئة الثالثة هي أن جميع إثباتات ميركل تستخدم الصيغة نفسها.

قد تستخدم الأنظمة المختلفة دوال تجزئة وأشكال أشجار وطرق ترميز وقواعد ترتيب مختلفة.

والفكرة الخاطئة الرابعة هي أن إثباتات ميركل لا تُستخدم إلا للمعاملات.

يمكنها أيضًا التحقق من إيردروبات التوكنات وقوائم السماح الخاصة بـ NFT وقيم التخزين وحالات الحسابات وأحداث الجسور وبيانات Rollup ومطالبات الهوية الرقمية.

الأسئلة الشائعة

ما إثبات ميركل؟

إثبات ميركل هو إثبات تشفيري يبيّن أن عنصرًا محددًا من البيانات ينتمي إلى مجموعة بيانات أكبر يمثلها جذر ميركل.

هل إثبات ميركل هو نفسه إثبات شجرة ميركل؟

نعم، يشير مصطلحا إثبات ميركل وإثبات شجرة ميركل عادةً إلى المفهوم نفسه.

ما جذر ميركل؟

جذر ميركل هو التجزئة النهائية في أعلى شجرة ميركل، ويعمل كالتزام موجز بمجموعة البيانات كاملة.

كيف يتحقق إثبات ميركل من البيانات؟

يستخدم الورقة المستهدفة والتجزئات المجاورة لإعادة بناء الجذر، ثم يقارنه بجذر ميركل الموثوق.

لماذا تُستخدم إثباتات ميركل في إيردروبات التوكنات؟

تتيح هذه الإثباتات للعقد الذكي التحقق من أهلية المطالبة من دون تخزين كل محفظة مؤهلة ومبلغها مباشرةً على السلسلة.

لماذا تُستخدم إثباتات ميركل في قوائم السماح الخاصة بـ NFT؟

تتيح هذه الإثباتات لعقود NFT التحقق من اعتماد محفظة للسك من دون تخزين قائمة السماح كاملة على السلسلة.

هل توفر إثباتات ميركل الخصوصية؟

توفر خصوصية جزئية، إذ لا يلزم كشف مجموعة البيانات كاملة، لكن قد تظل الورقة المستهدفة وبيانات الإثبات ظاهرة.

هل يمكن تزوير إثبات ميركل؟

من المفترض أن يفشل الإثبات المزيف إذا استخدم المدقق الجذر ودالة التجزئة وترميز الأوراق وترتيب الإثبات الصحيحة.

هل إثباتات ميركل هي نفسها إثباتات المعرفة الصفرية؟

لا. تثبت إثباتات ميركل إدراج البيانات في مجموعة ملتزم بها، بينما يمكن لإثباتات المعرفة الصفرية إثبات عبارات أوسع من دون كشف المدخلات الخاصة.

ما الذي ينبغي للمستخدمين التحقق منه قبل استخدام صفحة للمطالبة بإثبات ميركل؟

ينبغي للمستخدمين التحقق من الموقع الرسمي وعنوان العقد وجذر ميركل وطلب المحفظة وقواعد المطالبة وتفاصيل المعاملة.

الخاتمة

إثبات ميركل أداة أساسية للتحقق في عالم العملات المشفرة، تثبت أن عنصرًا واحدًا من البيانات ينتمي إلى مجموعة بيانات أكبر.

وهو يربط ورقة بجذر ميركل موثوق عبر مجموعة صغيرة من التجزئات المجاورة.

وهذا يجعل التحقق أسرع وأقل تكلفة وأكثر قابلية للتوسع مقارنةً بفحص مجموعة بيانات كاملة مباشرةً.

تُستخدم إثباتات ميركل في التحقق من معاملات Bitcoin وإثباتات حالة Ethereum وإيردروبات التوكنات وقوائم السماح الخاصة بـ NFT والعقود الذكية والعملاء الخفيفين والجسور وأنظمة Rollup.

وتكمن قوة هذا المفهوم في جمعه بين البيانات الموجزة والتجزئة التشفيرية وسلامة البيانات القابلة للتحقق.

ومع ذلك، لا يكون إثبات ميركل موثوقًا إلا بقدر موثوقية الجذر وبناء الشجرة ودالة التجزئة وقواعد الترميز وشيفرة التحقق التي يستند إليها.

وينبغي للمستخدمين أيضًا توخي الحذر من صفحات التصيد الاحتيالي وأنظمة المطالبات المزيفة.

وعند تنفيذها على نحو صحيح، تساعد إثباتات ميركل على جعل أنظمة العملات المشفرة أكثر كفاءة وشفافية وأقل اعتمادًا على الثقة.